Saoghal bataraidh - pàirt 3

Tha eachdraidh bataraidhean an latha an-diugh a’ tòiseachadh anns an naoidheamh linn deug, bhon linn seo thàinig a’ mhòr-chuid de na dealbhaidhean a thathas a’ cleachdadh an-diugh. Tha an suidheachadh seo a 'toirt fianais, air an aon làimh, air sàr bheachdan luchd-saidheans aig an àm sin, agus, air an làimh eile, air na duilgheadasan a tha ag èirigh ann an leasachadh mhodailean ùra.

Is e glè bheag de rudan a tha cho math nach urrainn dhaibh a leasachadh. Tha an riaghailt seo cuideachd a’ buntainn ri bataraidhean - chaidh modalan den XNUMXmh linn ùrachadh iomadh uair gus an do ghabh iad ris an fhoirm gnàthach aca. Tha seo cuideachd a 'buntainn ri ceallan leclanche.

Ceangal airson leasachadh

Tha dealbhadh ceimigear Frangach air atharrachadh Carl Gasner gu bhith na mhodail air leth feumail: saor ri dhèanamh agus sàbhailte a chleachdadh. Ach, bha duilgheadasan ann fhathast - bha còmhdach sinc na h-eileamaid a’ crìonadh air conaltradh leis an electrolyte searbhagach a lìon am bobhla, agus le bhith a’ frasadh susbaint ionnsaigheach dh’ fhaodadh e an inneal cumhachd a chuir dheth. Thàinig an co-dhùnadh aonachadh uachdar a-staigh a’ chuirp sinc (còmhdach mercury).

Cha mhòr nach eil sinc amalgam a’ dèiligeadh ri searbhagan, ach a’ cumail a h-uile seilbh electrochemical de mheatailt fhìor. Ach, air sgàth riaghailtean àrainneachd, tha an dòigh seo airson beatha nan ceallan a leudachadh air a chleachdadh nas lugha agus nas lugha (air ceallan gun airgead-beò, gheibh thu an sgrìobhadh no) (1).

2. Cruth cealla alcaileach: 1) cùis (luaidhe catod), 2) catode anns a bheil manganese dà-ogsaid, 3) dealaiche electrode, 4) anod anns a bheil KOH agus duslach sinc, 5) anode terminal, 6) seulachadh cealla (electrode insulator). .

Is e dòigh eile air fad-beatha cealla àrdachadh agus beatha a chuir ris sinc chloride ZnCl₂ airson lìonadh cupa paste. Thathas gu tric a’ toirt iomradh air ceallan den dealbhadh seo mar Dleastanas Trom agus (mar a tha an t-ainm a’ moladh) air an dealbhadh gus cumhachd a thoirt do dh’ innealan nas lùth-dhian.

B’ e adhartas ann an raon bataraidhean cuidhteasach togail ann an 1955 de cealla alcaileach. Innleadaireachd innleadair Chanada Lewis Urry, air a chleachdadh leis a’ chompanaidh Energizer gnàthach, tha structar beagan eadar-dhealaichte bho structar cealla Leclanchet.

An toiseach, chan fhaigh thu catod grafait no cupa sinc an sin. Tha an dà electrodan air an dèanamh ann an cruth pasgain fliuch, dealaichte (tiughadairean agus ath-bheachdan: tha an catod air a dhèanamh suas de mheasgachadh de manganese dà-ogsaid agus grafait, anod de dhuslach sinc le measgachadh de potassium hydroxide), agus tha na cinn-uidhe aca air an dèanamh de mheatailt ( 2). Ach, tha na h-ath-bhualaidhean a tha a’ tachairt aig àm obrachaidh glè choltach ris an fheadhainn a tha a’ nochdadh ann an cealla Leclanchet.

Tasc. Dèan "autopsy ceimigeach" air cealla alcaileach gus faighinn a-mach gu bheil na tha ann gu dearbh alkaline (3). Cuimhnich gu bheil na h-aon cheumannan a’ buntainn ri bhith a’ toirt air falbh cealla Leclanchet. Faic an raon Còd Bataraidh airson mar a dh’ aithnicheas tu cealla alcaileach.

3. Tha "earrann" den chill alcaileach a 'dearbhadh susbaint alkali.

Bataraidh dachaigh

4. Bataraidhean dachaigheil Ni-MH agus Ni-Cd.

Tha ceallan a ghabhas ath-phàigheadh ​​​​às deidh an cleachdadh air a bhith na amas aig luchd-dealbhaidh bho fhìor thoiseach leasachadh saidheans dealain, agus mar sin an iomadh seòrsa dhiubh.

An-dràsta, is e aon de na modalan a thathas a’ cleachdadh airson cumhachd a thoirt do dh’ innealan taighe beaga bataraidhean nicil-cadmium. Nochd am prototype aca ann an 1899 nuair a rinn innleachdair Suaineach e. Ernst Jungner chuir iad a-steach airson patent airson bataraidh nicil-cadmium a dh’ fhaodadh a bhith a’ farpais ri bataraidhean a tha air an cleachdadh gu farsaing ann an gnìomhachas nan càraichean mar-thà. bataraidh searbhag luaidhe.

Is e anod na cealla cadmium, tha an catod na mheasgachadh de nicil trivalent, is e fuasgladh de potassium hydroxide a th’ anns an electrolyte (ann an dealbhadh “tioram” an latha an-diugh, pasgan fliuch de thigheadairean làn-shàthaichte le fuasgladh KOH). Tha bholtadh obrachaidh timcheall air 1,2 V aig bataraidhean Ni-Cd (is e seo an sònrachadh aca) - tha seo nas lugha na an ìre de cheallan cuidhteasach, a tha, ge-tà, chan eil e na dhuilgheadas airson a ’mhòr-chuid de thagraidhean. Is e a ’bhuannachd mhòr a th’ ann an comas sruth mòr ithe (eadhon beagan amperes) agus raon farsaing de theodhachd obrachaidh.

5. Feuch an toir thu sùil air na riatanasan airson diofar sheòrsaichean bataraidhean mus cuir thu cosgais.

Tha ana-cothrom bataraidhean nicil-cadmium na "buaidh cuimhne" eallach. Bidh seo a’ tachairt nuair a bhios iad gu tric ag ath-lìonadh bataraidhean Ni-Cd a tha air an leigeil ma sgaoil gu ìre: bidh an siostam gad ghiùlan fhèin mar gum biodh an comas aige dìreach co-ionann ris a’ chìs ath-lìonadh le bhith ag ath-lìonadh. Ann an cuid de sheòrsan chargers, faodar an “buaidh cuimhne” a lughdachadh le bhith a ’cur cosgais air na ceallan ann am modh sònraichte.

Mar sin, bu chòir bataraidhean nicil-cadmium sgaoilte a bhith air an cur ann an cearcall slàn: an toiseach air an leigeil ma sgaoil gu tur (a ’cleachdadh a’ ghnìomh charger iomchaidh) agus an uairsin air an ath-lìonadh. Bidh ath-lìonadh tric cuideachd a’ lughdachadh beatha mheasta 1000-1500 cearcall (gum bi bataraidh singilte an àite mòran cheallan cuidhteasach rè a bheatha, agus mar sin pàighidh a’ chosgais ceannach nas àirde air a shon fhèin iomadh uair, gun luaidh air mòran nas lugha de chuideam air a’ bhataraidh. ). àrainneachd le cinneasachadh agus faighinn cuidhteas cheallan).

Chaidh eileamaidean Ni-Cd anns a bheil cadmium puinnseanta a chuir nan àite bataraidhean nicil-meatailt hydride (sònrachadh Ni-MH). Tha an structar aca coltach ri bataraidhean Ni-Cd, ach an àite cadmium, thathas a’ cleachdadh alloy meatailt porous (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, meatailtean tearc talmhainn) le comas hydrogen a ghabhail a-steach (4). Tha bholtadh obrachaidh cealla Ni-MH cuideachd timcheall air 1,2 V, a leigeas leotha an cleachdadh gu h-eadar-mhalairteach le bataraidhean NiCd. Tha comas ceallan Nickel-Metal Hydride nas motha na comas ceallan Nickel-Cadmium den aon mheud. Ach, bidh siostaman NiMH gan fèin-sgaoileadh nas luaithe. Tha dealbhadh ùr-nodha ann mar-thà aig nach eil an tarraing seo, ach tha iad a 'cosg mòran a bharrachd na modalan àbhaisteach.

Chan eil bataraidhean hidride nicil-mheatailt a 'nochdadh "buaidh cuimhne" (faodar ceallan a tha air an leigeil ma sgaoil gu ìre a thoirt air ais). Ach, tha e an-còmhnaidh riatanach sgrùdadh a dhèanamh air riatanasan cosgais gach seòrsa anns an stiùireadh airson a ’charger (5).

A thaobh bataraidhean Ni-Cd agus Ni-MH, chan eil sinn a’ moladh an toirt às. An toiseach, chan fhaigh sinn dad feumail annta. San dàrna h-àite, chan eil nicil agus cadmium nan eileamaidean sàbhailte. Na gabh cunnartan gun fheum agus fàg an cuidhteas gu proifeiseantaich le trèanadh.

A rìgh nan luchd-cruinneachaidh, is e sin ...

6. "Rìgh nam bataraidhean" aig an obair.

… bataraidh luaidhe-acid, a chaidh a thogail ann an 1859 le fiosaig Frangach Gaston Plantego (tha, tha, tionndaidhidh an inneal 161 bliadhna a dh'aois am-bliadhna!). Tha an electrolyte bataraidh timcheall air fuasgladh 37% searbhag sulfarach (VI), agus tha na eleactraidean luaidhe (anod) agus luaidhe air an còmhdach le còmhdach de luaidhe dà-ogsaid PbO.₂ (cathod). Rè obrachadh, bidh sileadh luaidhe (II)(II) PbSO sulfate a’ cruthachadh air na dealanan₄. Nuair a bhios tu a’ cur cosgais, tha bholtadh nas motha na 2 bholt aig aon chealla.

bataraidh luaidhe dha-rìribh tha na h-eas-bhuannachdan aige: cuideam mòr, cugallachd ri sgaoileadh agus teòthachd ìosal, an fheum air stòradh ann an staid fo chasaid, cunnart bho aoidionachd electrolyte ionnsaigheach agus cleachdadh meatailt puinnseanta. A bharrachd air an sin, feumar làimhseachadh faiceallach: sgrùdadh dùmhlachd an electrolyte, cuir uisge ris na seòmraichean (cleachd dìreach grùdaireachd no deionized), smachd bholtaids (faodaidh tuiteam fo 1,8 V ann an aon seòmar cron a dhèanamh air na dealanan) agus modh cosgais sònraichte.

Mar sin carson a tha an seann structar fhathast ga chleachdadh? Tha an rud a tha na fheart de fhìor riaghladair - cumhachd aig "Rìgh nan Luchd-cruinneachaidh". Tha caitheamh gnàthach àrd agus èifeachdas lùtha àrd suas ri 75% (faodar an ìre seo de lùth a thathas a’ cleachdadh airson cosgais fhaighinn air ais rè obrachadh), a bharrachd air dealbhadh sìmplidh agus cosgais toraidh ìosal, a’ ciallachadh gu bheil bataraidh luaidhe Tha e air a chleachdadh chan ann a-mhàin airson einnseanan losgaidh a-staigh a thòiseachadh, ach cuideachd mar eileamaid de sholarachadh cumhachd èiginneach. A dh 'aindeoin 160 bliadhna de dh'eachdraidh, tha am bataraidh luaidhe fhathast a' dèanamh gu math agus cha deach a chuir a-steach le seòrsachan eile de na h-innealan sin (agus còmhla ris, stiùir fhèin, a tha, le taing don bataraidh, mar aon de na meatailtean a chaidh a thoirt a-mach anns na h-àireamhan as motha) . Cho fad ‘s a tha motar stèidhichte air einnseanan losgaidh a-staigh a’ leasachadh, is dòcha nach bi a shuidheachadh ann an cunnart (6).

Cha do sguir luchd-innleachd a bhith a’ feuchainn ri fear eile a chruthachadh airson bataraidh searbhag luaidhe. Dh'fhàs cuid de na modailean mòr-chòrdte agus tha iad fhathast gan cleachdadh ann an gnìomhachas nan càraichean an-diugh. Aig toiseach an naoidheamh linn deug agus an fhicheadamh linn, chaidh dealbhadh a chruthachadh anns nach deach fuasgladh H a chleachdadh.₂SO₄ach electrolytes alcaileach. Is e eisimpleir eisimpleir bataraidh nicil-cadmium Ernst Jungner a chithear gu h-àrd. Ann an 1901 Tòmas Alva Edison atharraich an dealbhadh gus iarann ​​​​a chleachdadh an àite cadmium. An coimeas ri bataraidhean searbhagach, tha bataraidhean alcalin tòrr nas aotroime, is urrainn dhaibh obrachadh aig teòthachd ìosal agus chan eil iad cho duilich a làimhseachadh. Ach, tha an cinneasachadh aca nas daoire, agus tha èifeachdas lùtha nas ìsle.

Mar sin, dè an ath rud?

Gu dearbh, chan eil na h-artaigilean air bataraidhean a’ cuir às do na ceistean. Chan eil iad a 'bruidhinn, mar eisimpleir, ceallan lithium, a tha cuideachd air an cleachdadh gu cumanta airson cumhachd a thoirt do dh'innealan taighe leithid àireamhairean no clàran-màthraichean coimpiutair. Faodaidh tu barrachd ionnsachadh mun deidhinn ann an artaigil an Fhaoillich mu dheidhinn Duais Nobel ann an Ceimigeachd an-uiridh, agus air a 'phàirt phractaigeach - ann am mìos (a' gabhail a-steach leagail agus eòlas).

Tha deagh shealladh ann airson ceallan, gu sònraichte bataraidhean. Tha an saoghal a 'sìor fhàs gluasadach, agus tha sin a' ciallachadh gu bheil feum air a bhith neo-eisimeileach bho chàbaill cumhachd. Tha e na dhùbhlan mòr cuideachd dèanamh cinnteach à solar lùtha èifeachdach airson carbadan dealain. - gus an urrainn dhaibh farpais ri càraichean le einnsean losgaidh a-staigh cuideachd a thaobh èifeachdas.

bataraidh cruinneachaidh

Gus comharrachadh seòrsa cealla a dhèanamh comasach, chaidh còd alphanumeric sònraichte a thoirt a-steach. Airson na seòrsaichean as cumanta a lorgar nar dachaighean airson innealan beaga, tha an fhoirm àireamh-litir-litir-àireamh aige.

Agus sin:

- a 'chiad figear - an àireamh de cheallan; air a leigeil seachad airson ceallan singilte;

- tha a’ chiad litir a’ comharrachadh an seòrsa cealla. Nuair a tha e a dhìth, tha thu a 'dèiligeadh ris a' cheangal Leclanche. Tha seòrsachan cealla eile air an ainmeachadh mar a leanas:

C - cealla lithium (an seòrsa as cumanta),

H - Bataraidh Ni-MH,

K - bataraidh nicil-cadmium,

L - cealla alcaileach;

- tha an litir a leanas a’ comharrachadh cumadh a’ cheangail:

F - truinnsear,

R - siolandair,

P - sònrachadh coitcheann de cheanglaichean le cumadh eile seach siolandair;

- tha am figear no na figearan deireannach a’ nochdadh meud a’ cheangail (luachan catalog no a’ comharrachadh tomhasan gu dìreach) (7).

7. Meudan de cheallan agus bataraidhean measail.

A’ comharrachadh eisimpleirean:

R03
- cealla grafait sinc meud meur beag. Is e sònrachadh eile AAA no.

LR6 - cealla alcaileach meud meur. Is e sònrachadh eile AA no.

HR14 - bataraidh Ni-MH; tha an litir C cuideachd air a cleachdadh airson meud a chomharrachadh.

KR 20 - Bataraidh Ni-Cd, agus tha am meud cuideachd air a chomharrachadh leis an litir D.

3LR12 - bataraidh còmhnard le bholtadh de 4,5 V, air a dhèanamh suas de thrì ceallan alcalin siolandair.

6F22 - Bataraidh 9-bholta, anns a bheil sia ceallan còmhnard Leclanchet.

CR2032 - cealla lithium le trast-thomhas de 20 mm agus tighead de 3,2 mm.

Faic cuideachd: